BIM技术在永川长江大桥施工中的应用研究

史瑞英， 贺洪波， 张现林

(1. 河北工业职业技术学院计算机技术系，河北 石家庄 050000；2. 中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361021；3. 河北工业职业技术学院建筑工程系，河北 石家庄 050000)

BIM技术在永川长江大桥施工中的应用研究

史瑞英1， 贺洪波2， 张现林3

(1. 河北工业职业技术学院计算机技术系，河北 石家庄 050000；2. 中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361021；3. 河北工业职业技术学院建筑工程系，河北 石家庄 050000)

随着国内建筑业BIM技术越来越广泛的应用，桥梁工程作为一种特殊的建筑，也应充分享受新的生产模式带来的生产效率、经济效益的提高。以BIM技术在重庆永川长江公路大桥施工中应用为例，分析 BIM 技术在桥梁施工中的应用过程以及创造的价值，进一步研究BIM技术如何在桥梁工程中发挥更有力的作用。

BIM技术；桥梁工程施工

建筑业信息化概念是 1975年由美国首次提出，但当时受制于技术未能实现。我国在2003年由建设部颁布了《2003–2008年全国建筑业信息化发展规划纲要》，指出我国要运用信息技术实现建筑业跨越式发展。2008年参与“水立方”建设的建筑信息模型(building information modeling，BIM)技术开启了我国建筑业从自动化到信息化的转变，并且向低能耗、低污染、可持续发展的方向发展。桥梁工程作为一种特殊的建筑，也应充分把握信息化技术带给行业的变革时机，享受新的生产模式带来的生产效率、经济效益的提高。

1 永川长江公路大桥项目背景

重庆永川长江公路大桥，经跨长江，其主跨为

608 m的双塔双索面混合梁斜拉桥，全长1 008 m，两岸塔高分别为196.7 m和207.4 m，由76对斜拉钢索拉托桥面。该桥梁的索塔是由塔柱、横梁组成的钢筋混凝土框架结构，主梁中跨采用PK断面钢箱梁，边跨采用同外形的PK混凝土梁。桥梁施工中主要以预制构件为主，其运输到现场后进行拼装、焊接、螺栓连接及相关作业，因此对构件的尺寸设计与生产的要求较高，如果生产的构件与现场不符，只能重新生产，这样不仅影响施工进度，也会大大增加施工过程的成本。为保证其施工的顺利进行，此项目采用了BIM技术作为辅助管理，对桥梁的二维图纸进行三维模型搭建进而优化设计，运用三维模型进行施工过程模拟及施工工序的合理安排。

2 BIM模型搭建及设计优化

本项目中，首先根据工程项目组提供的设计图纸由建模师应用 Autodesk Revit软件进行模型的搭建，并且在建模的过程中对各个构件添加相应的参数与信息，这样一方面可以检测在构件中配筋、链接件的冲突问题，另一方面也可以为施工模拟提供模型支持。

2.1 基于设计图纸的模型参数化、信息化设计

在应用Revit软件搭建桥梁模型时，“族”的作用较为突出。永川长江大桥全桥共11种不同型号斜拉索，如果采用传统CAD三维建模，需要先完成一个型号的拉索，再以该模型为基础通过复制、修改、缩放等操作逐一创建其他型号。在使用Revit时，利用族工具，通过设置参数及关联，创建一个基本拉索样板，在其属性信息中设置参数值，并进行修改便可实现所有型号斜拉索的创建。如果后期还需对拉索的结构或材质等进行修改，也无需逐个编辑，只需对族文件中的样例编辑，该项目中所有运用该修改族的构件将全部自动更新，图 1显示的就是一个参数化、信息化的斜拉索的族库。

图1 参数化、信息化斜拉索族库

2.2 碰撞检查与内部结构的检测

对于这样一座规模庞大的桥梁工程，其设计是比较复杂的，为了满足现实中结构的需要，需涉及大量的构件，特别是构件的连接处。在传统的二维设计中，这些问题主要依靠设计师的经验在基于二维的图纸上进行检测，由于工程项目的复杂性，仅靠设计师的经验是很难一一检测出图纸中出现的大量问题。桥梁的三维BIM模型，其组成的各个构件都具有相应的工程参数，可以使用各种参数来驱动三维模型。该斜拉桥结构相对复杂、施工预埋件多，在设计中极易出现冲突问题，常遇到索导管、预应力管道、预埋件等空间位置碰撞，因此首先基于搭建的模型进行碰撞模拟检测(图2)，用来分析设计中存在的缺陷，以便提前作出处理[1]。根据项目的特点，碰撞检测主要包括整体桥梁的检测和部分构件间的检测。检测过程简单方便，即在Navisworks(BIM软件)导入搭建的模型，该软件自动生成碰撞检查分析。在碰撞检查完成后，系统可自动显示有碰撞冲突的构件或对象并生成碰撞冲突报告。在施工前，施工方将这些需要变更的构件，通过与设计方的沟通进行解决，因此减少了在施工阶段的材料、人工费的损失，也节省了施工的时间。

图2 碰撞检查模型图

2.3 可出图性

在应用Revit软件建模过程中，模型中包含着丰富的非图形数据信息。在三维模型形成的同时，二维的平、立、剖图形也自动生成，建模人员可以根据需要在任何时候生成任意视图，并且这些图形互相关联，一处修改，处处修改，避免了传统施工图绘制中经常出现的上下结构类型或者尺寸对应不上的问题。并且生成的文件支持CAD格式的导入与导出。因此，利用 Revit的可出图性，在进行钢栈桥、箱梁钢管支架等大型临时结构建模后，可随时导出二维图纸与设计院二维图纸进行对比，如图3所示。

图3 边跨箱梁结构图

3 基于BIM技术的施工管理优化

桥梁的施工是一个复杂、动态的过程，随着桥梁工程施工进度不断地推进，工程的规模也在扩大，其复杂程度也在不断地提高，这意味着施工项目管理的难度也会越来越大。目前的桥梁施工进度计划都使用甘特图，主要用数字与文字来表达，缺少图形的可视化，这将导致施工人员无法清晰地了解施工的进度及各种构件之间复杂的关系。本项目将 BIM 模型与甘特图导入到软件Naviswork中，建立一个4D的施工模拟过程，该施工模拟过程可以直观、精确地反应出整个桥梁施工的过程，如图4所示。

图4 4D施工模拟过程

3.1 施工过程的模拟与优化

本项目中，施工人员利用BIM技术搭建的桥梁模型与施工进度表相结合，对施工过程进行了详细的模拟，由项目管理人员与BIM建模师共同发现问题、解决问题。在这个过程中主要基于项目人员的建议调整施工过程，更新BIM模型，直到最后获得项目人员认可的施工工序，其过程如图5所示。

图5 基于BIM技术的桥梁施工优化过程[2]

例如在斜拉桥钢箱梁合龙施工的整个过程(包括桥面吊机、劲性骨架等)中，重点应用了BIM模型进行虚拟合龙。其合龙段理论长度4.4 m，重约89.5 t(含风嘴、排水管)。采用温度配切法，利用4台桥面吊机同步抬吊施工。由于本桥主跨跨度达

608 m，温度变化 1 ℃将导致合龙间隙变化约7.2 mm。合龙精度要求高、时间紧迫。

传统的钢箱梁合龙施工过程常见形式是首先制定总体的施工流程，在施工技术复杂处配置传统的CAD平面图，无法可视化，这些因素导致其无法清晰地描述施工过程与各种工作的复杂关系，也不能完整清晰地表达钢箱梁合龙施工的整个过程。

通过BIM技术与激光测距仪相结合，首先对合龙口进行了观测，在劲性骨架锁定后，通过连续观测归纳分析，找到合理的合龙温度，并通过这一温度下的龙口姿态得出相应的合龙段精加工形状及尺寸[3]。合龙口宽度测量采用手持式激光测距仪进行，其监测数据与BIM模型进行对比，来确定合龙口的形状、长度。然后BIM建模人员根据观测温度下合龙口姿态，通过参数的修改，检查合龙段的配切长度是否满足要求，并对合龙的过程进行模拟，将确定配切好的模型放入合龙口进行校核，此过程能够直观、精确地反应整个钢箱梁合龙施工过程，如图6所示。

图6 传统施工过程与BIM技术施工技术模型图对比

3.2 施工管理的优化

桥梁作为一种特殊的结构形式，在施工过程中，施工单位要依据施工进度进行材料的管理、安全监控与质量检测等。通过BIM技术中的可视化施工过程模拟，可实时指导真实的施工过程，让工人能够提前更好地理解施工工艺、流程、协作方式、安全隐患，这不仅可以减少施工问题的产生，还可以提高管理人员的管理效率、减少管理中出现的问题。能够将桥梁施工过程可能出现的问题提前发现并解决，改变了传统的管理思维模式，即由待问题发生后的“被动管理”转变为提前发现问题的“主动管理”，从而减少施工问题的发生、简化施工现场管理。

例如本项目中钢箱梁的施工管理中，钢箱梁共分为41个梁段(6种类型)：标准梁段36个(A、B、C型)，合龙段1个(F型)，钢混结合段2个(E 型)，特殊段2个(D型)，每个钢箱梁在现场施工过程中要完成拼装、焊接、螺栓连接及相关作业。并且钢箱梁在施工中的制作顺序、存放位置、运转周期均需要认真考虑，稍有不慎将制约到工程进度，影响施工的顺利进行，传统的材料管理基本上是EXCEL表格。基于BIM技术的可视化的动态管理，对相关钢箱梁物流的信息数据进行有效的记录和管理。在桥梁工程施工中，就能大大缓解桥梁工程对钢箱梁跟踪带来的管理压力。并且在工人进入施工现场前，观看钢箱梁的信息及施工过程的模拟，也有利于提高生产组织、加快工序衔接，提升项目管理质量，如图7所示。

图7 钢箱梁的信息数据记录与安装模拟

因此，应用BIM技术的施工管理，指导真实的施工过程，在工人进入工地之前，利用模型了解桥梁的施工工序，熟悉构件的安装方案与一些隐蔽工程中构件之间的连接形式，以及在施工过程中，对施工人员的安全问题进行监管。这种管理方式改变了传统的管理思想，充分应用信息化技术由被动地等待问题转变为主动地去解决问题，从而减少了施工过程中问题的发生，为工程顺利、安全的进行提供了保证。

4 结 束 语

我国桥梁事业目前发展迅猛，为提高施工效率、保证工程质量，大多数桥梁构件已选择采用工厂预制，利用大型设备运至现场高精度拼装。在本项目中钢锚梁、钢主梁等大型构件与BIM模型相结合，均采用了工厂预制，运用4D施工模拟对这些工况进行高精度测试，得出预制构件的合理尺寸信息，在工厂一次加工到位，有效克服现场施工环境、施工水平的不利因素，使得现场施工顺利开展，有效地缩短了施工现场作业时间[4]。根据以往施工经验，所有预制件若均依照设计图纸直接加工，到现场安装时会出现由于误差累计、控制精度等因素需进行切割、修补等情况。因此，BIM 技术的使用能够使桥梁施工单位掌控施工进度，科学有效进行施工组织[5]。整体或局部模型碰撞能有效避免施工中出现预料不到的错误，提供有效的帮助。相信随着BIM技术的不断成熟与发展，BIM技术在桥梁工程的应用将会越来越广泛，从而提高其工程质量、工作效率与管理水平。

[1] 洪 磊. BIM 技术在桥梁工程中的应用研究[D]. 成都:西南交通大学, 2012.

[2] 李红学, 郭红领, 高 岩, 等. 基于 BIM 的桥梁工程设计与施工优化研究[J]. 工程管理学报, 2012, 26(6): 48-52.

[3] 李亭亭, 杨学会, 张德海, 等. BIM技术在预制装配式工程中的应用研究[J]. 土木建筑工程信息技术, 2014, 6(4): 62-65.

[4] 屈 仆, 张东省, 薛保勇, 等. 大跨径连续刚构桥梁合龙控制关键技术分析[J]. 公路交通科技: 应用技术版, 2014, (11): 5-7.

[5] 刘延宏. BIM技术在铁路桥梁建设中的应用[J]. 技术研究: 铁路技术创新, 2015, (3): 47-50.

The Application of BIM Technology in Yongchuan Changjiang Bridge Construction

Shi Ruiying1, He Hongbo2, Zhang Xianlin3

(1. Department of Computer Technology, Hebei College of Industry and Technology, Shijiazhuang Hebei 050000, China; 2. CCCC First Highway Xiamen Engineering Co., LTD., Xiamen Fujian 361021, China; 3. Department of Architecture, Hebei College of Industry and Technology, Shijiazhuang Hebei 050000, China)

Along with the domestic construction industry BIM technology is more and more widely used. Bridge engineering as a special building, also should enjoy the new mode of production of the improvement of production efficiency and econom ic benefit. The BIM technology application in the bridge construction process and created the value are analyzed by using of an example as in Chongqing Yongchuan Changjiang river highway bridge construction. The BIM technology is studied how to play a strong role in bridge engineering.

BIM technology; bridge engineering construction

TU 17

10.11996/JG.j.2095-302X.2016040556

A

2095-302X(2016)04-0556-05

2015-10-08；定稿日期：2016-01-05

河北工业职业技术学院科学研究项目(ZZ-1303)

史瑞英(1976–)，女，河北唐山人，副教授，硕士。主要研究方向为BIM技术研究、建筑设计。E-mail：695955015@qq.com